带式输送机

一、本课题的研究目的和意义

带式输送机的最新发展方向时一呈现长距离、大运量、高速度、集中控制等特点。与其他运输设备(如机车类)相比，不仅具有长距离、大运量、连续运输的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。带式输送机也是煤矿最为理想的高效连续运输设备，特别是煤矿高产高效现代化的大型矿井，带式输送机己成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。

随着煤矿现代化的发展和需要，我国对大倾角固定带式输送机、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机及长运距、大运量带式输送机及其关键技术、关键零部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术和中间驱动与智能化控制等技术，研制成功了软启动和制动装置以及PLC控制为核心的电控装置，并且井下大功率防爆变频器也已经进入研发、试制阶段。随着高产高效矿井的发展，带式输送机各项技术指标有了很大提高。

本文在对常规下运带式输送机驱动及制动方案的理论研究的基础上，提出长运距、大运量下运带式输送机常见驱动方式和制动方法，通过系统的动态建模计算和仿真分析，将静态设计结论和动态分析结果相结合，指出长运距、大运量下运带式输送机启动、运行和制动过程中存在的问题，并提出可行的控制理论和解决方案。

通过对井下下运带式输送机了解，基本掌握了它的原理及应用。为以后的总体设计、CAD 画图等做好了充分的准备。

总而言之，带式输送机在煤矿中是目前最理想的运输工具，其距离、大运量、连续运输、运行可靠、易于实现自动化和集中控制的特点，是其他机械设备无法比拟的，因此，发展带式输送机对煤矿实现现代化生产，提升煤矿的经济效益和生产效率，降低作业的危险，进而使我国经济迅速健康发展具有重要的意义。

二、本课题的主要研究内容（提纲）

1带式输送机系统初步设计

1.1带式输送机初步设计计算

布置形式的分析确定，带速的选择；输送带带宽、类型的选择确定；输送带线质量的计算；物料线质量的计算；托辊旋转部分质量的计算；各直线区段阻力计算；局部阻力计算；输送带各点张力计算及强度校核；变坡段曲率半径的确定；滚筒牵引力与电机功率的计算；拉紧力与拉紧行程的计算；制动力矩的计算。

1.2 机械装置的选择与确定

电动机、减速器、联轴器的选择；软起动装置或制动装置的选择；传动滚筒、改向滚筒的选择与设计；采用托辊、托辊组的种类、结构形式及特点；采用拉紧装置的结构与特点。

1.3 带式输送机系统布置图的设计

2 电气控制设计

2.1 总体要求

控制核心采用可编程序控制器，具有自动、远控/近控两种工作方式；电控装置和软起动装置（水平或上运）或软制动装置（下运）配合，保证空载、满载工况下的软起动和软停车；满足空载起动、重载起动；可以分别控制二台给煤机，且和给煤机之间有闭锁功能；具有运行状态显示和故障指示，并具有沿线通话和起车预警功能；具有前、后台设备闭锁功能；具备液压系统压力及温度保护功能，并能输出报警。

2.2 电控系统综合保护

防跑偏开关、拉线保护、纵撕保护、烟雾保护、煤位保护、超温保护、烟雾保护和自动洒水装置、打滑保护、语音信号保护。

2.3 对软起动装置的控制要求

可以实现带式输送机在空载、满载等工况下的正常软起动。

2.4 对软制动装置的控制要求

软制动装置必须具备可靠的制动效果，保证带式输送机的安全运行与配套电控联合工作能满足下运带式输送机正常制动、紧急制动、断电制动等要求。

三、文献综述（国内外研究情况及其发展）

1 国外带式输送机技术的现状

国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标，其关键技术与装备有以下几个特点：

⑴设备大型化。其主要技术参数与装备均向着大型化发展，以满足年产300~500万t以上高产高效集约化生产的需要。

⑵应用动态分析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术，采用大功率软起动与自动张紧技术，对输送机进行动态监测与监控，大大地降低了输送带的动张力，设备运行性能好，运输效率高。

⑶采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术，使输送机单机运行长度在理论上已有受限制，并确保了输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。⑷新型、高可靠性关键元部件技术。如包含CST等在内的各种先进的大功率驱动装置与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。如英国FSW 生产的FSW1200/（2~3）×400（600）工作面顺槽带式输送机就采用了液粘差速或变频调速装置，运输能力达3000 t/h以上，它的机尾与新型转载机（如美国久益公司生产的S500E）配套，可随工作面推移而自动快速自移、人工作业少、生产效率高。

2 国内带式输送机技术的现状

我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。

3 煤矿带式输送机技术的发展趋势

3.1 设备大型化、提高运输能力

为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。在今后的10a内输送量要提高到3000～4000 t/h，还速提高至4～6m/s，输送长度对于可伸缩带式输送机要达到3000m。对于钢绳芯强力带式输送机需加长至5000m以上，单机驱动功率要求达到1000～1500 kW，输送带抗拉强度达到6000 N/mm（钢绳芯）和2500 N/mm（钢绳芯）。尤其是煤矿井下顺槽可伸缩输送技术的发展，随着高产高效工作面的出现及煤炭科技的不断发展，原有的可伸缩带式输送机，无论是主参数，还是运行性能都难以适应高产高效工作面的要求，煤矿现场急需主参数更大、技术更先进、性能更可靠的长距离、大运量、大功率顺槽可伸缩带式输送机，以提高我国带式输送机技术的设计水平，填补国内空白，接近并赶上国际先进工业国的技术水平。其包含7个方面的关键技术：⑴带式输送机动态分析与监控技术；⑵软起动与功率平衡技术；⑶中间驱动技术；⑷自动张紧技术；⑸新型高寿命高速托辊技术；⑹快速自移机尾技术；⑺高效储带技术。

3.2 提高元部件性能和可靠性

设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步的提高。

3.3 扩大功能，一机多用化

拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等

四、拟解决的关键问题

带式输送机在矿山等行业得到了广泛应用。由于采矿工艺及输送机在山地环境中线路布局等方面的需求，在许多场合中，加料点的高度大大高于卸料点，因此需要使用下运带式输送机(以下简称下运带)。下运带与平运带在电力拖动工况方面，两者是截然相反的2种状况。平运带的电机是运行于电动工况，即由电机拖动胶带运转。而下运带带载运行时，电机运行于发电制动工况，即由物料通过胶带拖动电机运转，此时的电动机实际上已转化为发电机，它输出相应的制动力矩来平衡胶带上物料的重力下行力矩，维持输送机的匀速运转。由于这种工况的特殊性，派生出了下运带不同于其他带式输送机的特有技术难题。

1制动

平运带失电后会自然减速停车，一般不需配装制动器。而下运带是靠电机发电制动来维持胶带机匀速运转的，故一旦失电，不但不会减速停车，反而会立即发生“飞车”。故制动装置成为下运带设计上要解决的头号课题。虽然通用工业制动器品种规格繁多，但多数是针对起重机工况设计的(例如块式、盘式制动器)，其制动能容小，工作时间短，不足以消耗、吸收下运带制动过程中的大量动能、势能，因为带式输送机的制动过程为十几秒到数十秒。此外，这些结构形式的制动器，制动力矩难以适时调控，不适应大型下运带的“软制动”要求。因此，难以担当大型下运带的主制动职能，这已为实践所验证。

工业设备的另一种常用制动技术是电机动力制动，这种技术在下运带上已有实际应用，其优点是功率大。但这种装置在制动时需要较大的直流电流，因此难以从根本上解决电网意外失电状况下的制动问题。众所周知，下运带配装制动器的初衷，主要就是为了防备意外失电，从这个意义上看，动力制动技术并不适宜于下运带。针对下运带的工况特点，研制出YZQ 系列液压制动器。该产品已有20多年应用历史，效果良好。图1所示为其2种代表性产品的外型。该产品能根据实际运量大小，自动调整制动力矩，实现下运带的软制动；在遇电网意外失电时，它能够自行响应，及时制动；它还可用于下运带的短时超载保护以及辅助带载启动。

1.1制动原理

与一般机械摩擦式制动器不同，YZQ系列液压制动器采用流体节流耗能原理进行制动，即通过高压液压泵将下运带的机械能吸收，转化为液压能(压力油流)，然后通过油压控制器节流，将液压能转化为热能消耗掉。同时，节流产生的油压作用于高压油泵，形成制动力矩，使下运带减速停车。由于节流所生热量不断被油流带离节流点，不会产生局部高温，故它能进行长时间制动。又由于油压是便于调控的参数，故它的制动力矩也易于适时调控。YZQ 系列液压制动器的这2个特点，使它特别适宜用作下运带的主制动装置。

1.2控制原理

在这项技术中存在如下近似正比关系：下运带转速∝YZQ油路流量YZQ制动力矩∝YZQ 油路压力因此检测流量就可以知道下运带的转速，调整油压就可以改变制动力矩。

制动过程中，比例电控器向比例电磁铁连续输入预先设定好的减速过程控制电流信号(目前一般采用起点与终点圆化了的匀减速曲线)，比例电磁铁将该电流信号转化为与之成比例的

力信号；而流量检测器通过检测油路流量而间接测得的转速信号也经反馈弹簧转化为与之成比例的力信号；这2个力信号一头一尾作用于先导控制阀上进行比较，其力差使先导控制阀相应移动，启、闭先导控制油路，从而操控油压控制器的节流口的开度大小，改变制动油压。在制动过程中某一时刻，若下运带的实际转速高于电控器此时的给定转速，则说明制动力矩偏小，通过上述这个调控系统，会将节流口进一步关小，使油压升高，加大制动力矩，将实际转速压下来。反之，若实际转速低于给定转速时，则说明目前制动力矩偏大，调控系统会将节流口加大，使油压下降，减小制动力矩(当然这个调控过程是瞬间完成的，人眼无法察觉)。YZQ制动器就是这样不断自动调整制动力矩，迫使下运带按照电控器给定的减速规律，从高速至低速减速停车的。

由以上说明可知，YZQ制动器并不通过检测负载力的大小来确定制动力矩大小，而是直接检测制动过程中每一时刻的转速值，据此来调控制动力矩，将这种模式称之为调速制动。YZQ系列制动器目前有450 Nm、900 Nm、1 200 Nm 3种规格的成熟产品，一般可配至250 kw驱动站。受国内液压工业水平局限，近年能制造的最大规格产品只能到1 800 Nm。

2 启动

下运带启动过程的特殊性主要体现在：(1)空载启动与带载启动的启动力矩差值要比平运带大很多，下运角与运量越大就越悬殊。(2)带载启动过程中，物料重力的下行力矩与电机启动力矩同方向，造成很大的启动冲击。采用YZQ系列液压制动器的辅助启动功能与电气软启动装置配合，比较圆满地解决了下运带的软启动问题。在空载与轻载时，直接使用电气软启动装置来启动下运带；而中、重载启动时，先不启动电机，让下运带在YZQ液压制动器的控制下，靠物料自身重力的驱动，自滑启动起来，接近额定转速时再投入电机。YZQ系列液压制动器辅助启动功能的实际应用屡受用户好评。YZQ制动器在启动过程中对加速度的控制原理与在制动过程中的控制原理相仿，只不过控制电流信号倒过来，是一个加速信号而不是减速信号。使用电气软启动装置后，电机启动力矩会有所下降，使之在用于平运及上运带时可能出现重载启动困难。但用于下运带时，因其电力拖动工况的不同，并不会产生类似问题。

3 带速

由于有“飞车”的危险，设计者往往倾向于采用低带速，但低带速并不利于安全运行。同一运量时，采用1．6 m／s运速与采用2．5 m／s或3．2 m/s运速相比，胶带上所压的物料重量要多50％或100％，这在受控运行状态中本无安全程度之别，但若带式输送机失控，物料重量大的显然发生严重飞车事故的危险性更大。另外，带式输送机一般都配用4极电机，其同步转速都是1 500 r／min，故低带速意味着要配用更大减速比的传动装置(滚筒直径也大)。在受控运行状态中，减速比的大小本无关安全程度，但若带式输送机失控，大减速比反过来就成了高增速比，使电机更易被毁损。因此，如无其他因素限制，下运带不宜采用过低的运行速度。实例证明，运行速度至少取2.5 m／s。

4 电机功率及其超载保护

平运带如遇超载，其电机保护装置动作，电机失电，带式输送机会自然停止运转，不会导致危险后果。而下运带超载就可能导致“飞车”事故，造成设备毁损。但在实际运用中，尤其是在煤矿井下，往往没有配用定量给料机，供料很不均匀，管理也比较粗放，在长期运行中，很难绝对保证不超载。因此，下运带的驱动电机的功率裕度应当比平运带更大。只要电机不因过载而烧毁，下运带就不会发生严重“飞车”事故。但减速器仍可按常规选型，不必随电机加大。

值得引起高度重视的是下运带驱动电机超载保护装置的参数整定问题。通常，设计者习惯于依据电机额定电流的铭牌值来整定超载保护装置的动作电流。但对于下运带来说，这样做会埋下“飞车”隐患。因为下运带电机功率是人为加大选取的，如果仍然依据电机额定电流的铭

牌值来整定，当保护装置动作时，下运带已经严重超载，此时制动装置已无力制动住下运带。笔者就亲历过这种因超载保护装置的动作电流值整定不当，而造成严重飞车、损毁电机的事故。因此对于下运带，电机超载保护装置的整定电流值应当依据额定运量时的实测电流值来确定，否则电机功率加大后非但不能起到增强运行安全性的作用，反而会使之更加危险。

五、研究思路和方法

在设计初期，认真学习带式输送机的基础知识，阅读各类有关下运带式输送机的中文及外文文献，了解带式输送机在国内外的发展状况及研究方向，为做设计打下一个良好的基础。随后通过参加毕业实习对带式输送机有一个感性的认识，了解带式输送机在现场的运转情况，培养自己发现问题、分析问题、解决问题的能力。毕业实习结束后，就可以自己独立的对所设计的带式输送机进行功能分析，在以后的设计中也能进行系统的方案设计，同时能准确地进行输送带选型、拉紧装置、制动装置、驱动装置、清扫装置的选型。完成这些机械设备、部件和电气设备，为施工打下基础。接着了解掌握带式输送机各种保护的原理并选择相应的保护装置，进而完成施工设计以及电控系统设计。最后绘出带式输送机施工图（一张）、带式输送机电控原理图（一张）、带式输送机电控装置操作面板图（一张）、控制程序梯形图（一张，选作）编写毕业论文说明书。

六、本课题的进度安排

2.28~

3.13 了解设计内容查阅资料.

3.14~3.23 毕业实习

3.24~

4.3 带式输送机初步设计与部件选择

4.4~4.20 带式输送机综合保护原理与信号处理等

4.21~

5.12 带式输送机施工设计（计算机绘图）

5.13~

6.4 电气控制原理及有关接线图（计算机绘图）

6.5~6.12 整理资料、编写说明书、毕业答辩

~

七、参考文献

[1]于岩,李维坚.运输机械设计.北京：中国矿业大学出版社,1998，8.1～80

[2]李炳文，王启广.矿山机械.徐州：中国矿业大学出版社,2007,162～186

[3]张越,DTⅡ(A)型带式输送机设计手册.北京：冶金工业出版社.2003,15～450

[4]宋伟刚.通用带式输送机设计.北京：机械工业出版社，2006,1～183

[5]《煤炭工业标准汇编》编委会,煤炭工业标准汇编.煤矿运输提升设备.北京：中国标准出版社，2000,5.313～430

[6]北京起重运输机械研究所.DTⅡ(A)型带式输送机设计手册..北京：冶金工业出版社矿山机械.2003,20～50

[7]周满山，于岩，张媛等。带凹凸变坡的带式输送机设计。矿山机械，2011.6

[8]王新伟等。软启动在带式输送机中的应用。矿山机械，2005.4

[9]成大先主编，机械设计手册。北京：化学工业出版社，1993

[10]孙可文主编，带式输送机的传动理论与设计计算。煤炭工业出版社

[11]程居山主编，矿山机械。中国矿业大学出版社，1997

[12]Belt conveyor technology(part Ⅲ).trans tech publications.2000

[13]吴宗泽，机械设计师手册[M]。北京：机械工业出版社，2004

[14]Lodewijks G..dynamics of belt system:Dortoral Thesis.Delft University of Technology,Netherland,1996

[15]A E Maton.Tubular Pipe Conveyor Design Using a Standard Fabric Belt.

[16] Giraud, Laurent; Masse, Serge; Schreiber, Luc. Belt conveyor

safety .professional safety 2004,49(11):20-26

[17]邱宣怀，《机械设计》,高等教育出版社, 1997（第四版）

[18]濮良贵，《机械设计》，高等教育出版社，2000（第七版）

[19]输送机关键部件产品说明书